Combien Y A-T-Il De Galaxies ?

Les galaxies — ces vastes collections d’étoiles qui peuplent notre univers – sont partout. Mais combien y a-t-il de galaxies dans l’univers ? Les compter semble être une tâche impossible. Le nombre pur est un problème – une fois que le nombre atteint les milliards, il faut un certain temps pour faire l’addition. Un autre problème est la limitation de nos instruments. Pour obtenir la meilleure vue, un télescope doit avoir une grande ouverture (le diamètre du miroir ou de l’objectif principal) et être situé au-dessus de l’atmosphère pour éviter la distorsion de l’air terrestre.

L’exemple le plus frappant de ce fait est peut-être le champ extrême profond de Hubble (XDF), une image réalisée en combinant 10 ans de photographies du télescope spatial Hubble. Le télescope a observé une petite parcelle de ciel lors de visites répétées pendant un total de 50 jours, selon la NASA. Si vous teniez votre pouce à bout de bras pour couvrir la lune, la zone XDF serait à peu près de la taille de la tête d’une épingle. En recueillant une faible lumière pendant de nombreuses heures d’observation, le XDF a révélé des milliers de galaxies, à la fois proches et très lointaines, ce qui en fait l’image la plus profonde de l’univers jamais prise à cette époque. Donc, si cette seule petite tache contient des milliers, imaginez combien d’autres galaxies pourraient être trouvées dans d’autres taches.

Bien que les estimations des différents experts varient, une plage acceptable se situe entre 100 et 200 milliards de galaxies, a déclaré Mario Livio, astrophysicien au Space Telescope Science Institute de Baltimore, dans le Maryland. Lorsque le télescope spatial James Webb sera lancé en 2020, l’observatoire devrait révéler encore plus d’informations sur les premières galaxies de l’univers.

En profondeur

À la connaissance de Livio, Hubble est le meilleur instrument disponible pour le comptage et l’estimation des galaxies. Le télescope, lancé en 1990, avait initialement une distorsion sur son miroir principal qui a été corrigée lors d’une visite de la navette en 1993. Hubble a également subi plusieurs mises à niveau et visites de service jusqu’à la mission finale de la navette en mai 2009.

En 1995, des astronomes ont pointé le télescope vers ce qui semblait être une région vide d’Ursa Major, et ont recueilli 10 jours d’observations. Le résultat a été estimé à 3 000 galaxies faibles dans une seule image, allant jusqu’à la magnitude 30. (À titre de comparaison, l’étoile polaire ou Polaris est à environ la 2ème magnitude.) Cette image composite s’appelait le champ profond de Hubble et était la plus éloignée que quiconque ait vue dans l’univers à l’époque.

Alors que le télescope Hubble a reçu des améliorations de ses instruments, les astronomes ont répété l’expérience à deux reprises. En 2003 et 2004, les scientifiques ont créé le champ Ultra-profond de Hubble, qui en un million de secondes d’exposition a révélé environ 10 000 galaxies dans un petit endroit de la constellation du Fornax.

En 2012, à l’aide d’instruments améliorés, les scientifiques ont utilisé le télescope pour observer une partie du champ Ultra profond. Même dans ce champ de vision plus étroit, les astronomes ont pu détecter environ 5 500 galaxies. Les chercheurs ont surnommé cela le champ extrême profond.

Au total, Hubble révèle environ 100 milliards de galaxies dans l’univers, mais ce nombre devrait augmenter à environ 200 milliards à mesure que la technologie des télescopes dans l’espace s’améliorera, a déclaré Livio Space.com .

Compter les étoiles

Quel que soit l’instrument utilisé, la méthode d’estimation du nombre de galaxies est la même. Vous prenez la portion de ciel imagée par le télescope (dans ce cas, Hubble). Ensuite, en utilisant le rapport du ruban du ciel à l’univers entier, vous pouvez déterminer le nombre de galaxies dans l’univers.

« Cela suppose qu’il n’y a pas de grande variance cosmique, que l’univers est homogène », a déclaré Livio. « Nous avons de bonnes raisons de soupçonner que c’est le cas. C’est le principe cosmologique. »

Le principe remonte à la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein. Einstein a dit que la gravité est une distorsion de l’espace et du temps. Avec cette compréhension en main, plusieurs scientifiques (dont Einstein) ont essayé de comprendre comment la gravité affectait l’univers entier.

« L’hypothèse la plus simple à faire est que si vous voyiez le contenu de l’univers avec une vision suffisamment mauvaise, il semblerait à peu près le même partout et dans toutes les directions », a déclaré la NASA. « C’est-à-dire que la matière dans l’univers est homogène et isotrope lorsqu’elle est moyennée sur de très grandes échelles. C’est ce qu’on appelle le principe cosmologique. »

Un exemple du principe cosmologique à l’œuvre est le fond micro-onde cosmique, rayonnement qui est un vestige des premiers stades de l’univers après le Big Bang. En utilisant des instruments tels que la sonde d’anisotropie à micro-ondes Wilkinson de la NASA, les astronomes ont constaté que le CMB est pratiquement identique où que l’on regarde.

Le nombre de galaxies changerait-il avec le temps ?

Les mesures de l’expansion de l’univers — en regardant les galaxies s’éloigner de nous — montrent qu’il a environ 13,82 milliards d’années. Cependant, à mesure que l’univers vieillit et s’agrandit, les galaxies s’éloigneront de plus en plus de la Terre. Cela les rendra plus difficiles à voir dans les télescopes.

L’univers se développe plus vite que la vitesse de la lumière (ce qui ne viole pas la limite de vitesse d’Einstein car l’expansion est de l’univers lui-même, plutôt que d’objets voyageant à travers l’univers). De plus, l’univers accélère son expansion.

C’est là que le concept de « l’univers observable » — l’univers que nous pouvons voir — entre en jeu. Dans 1 à 2 billions d’années, a déclaré Livio, cela signifie qu’il y aura des galaxies qui seront au-delà de ce que nous pouvons voir de la Terre.

« Nous ne pouvons voir que la lumière des galaxies dont la lumière a eu assez de temps pour nous atteindre », a déclaré Livio. « Cela ne signifie pas que c’est tout ce qu’il y a dans l’univers. D’où la définition de l’univers observable. »

Les galaxies changent également avec le temps. La Voie Lactée est en collision avec la galaxie voisine d’Andromède, et les deux fusionneront dans environ 4 milliards d’années. Plus tard, d’autres galaxies de notre groupe local — les galaxies les plus proches de nous — finiront par se combiner. Les résidents de cette future galaxie auraient un univers beaucoup plus sombre à observer, a déclaré Livio.

« Les civilisations ont commencé alors, elles n’auraient aucune preuve qu’il y avait un univers avec 100 milliards de galaxies », a-t-il déclaré. « Ils ne verraient pas l’expansion. Ils ne seraient probablement pas en mesure de dire qu’il y a eu un Big Bang. »

Qu’en est-il des autres univers ?

Au fur et à mesure que l’univers primitif se gonflait, certaines théories disent que différentes « poches » se sont détachées et ont formé des univers différents. Ces différents endroits pourraient s’étendre à des vitesses différentes, inclure d’autres types de matière et avoir des lois physiques différentes de notre propre univers.

Livio a souligné qu’il pourrait y avoir des galaxies dans ces autres univers — si elles existent — mais nous n’avons aucun moyen pour le moment de le savoir avec certitude. Ainsi, le nombre de galaxies pourrait même être supérieur à 200 milliards, si l’on considère d’autres univers.

Dans notre propre cosmos, a déclaré Livio, les astronomes seront mieux en mesure d’affiner le nombre lors du lancement du télescope spatial James Webb (pour lequel son institut gérera les opérations de la mission et la science). Hubble est capable de scruter les galaxies qui se sont formées environ 450 millions d’années après le Big Bang. Après le lancement de James Webb en 2020, les astronomes prévoient qu’ils pourront remonter jusqu’à 200 millions d’années après le Big Bang.

« Les chiffres ne vont pas beaucoup changer », a ajouté Livio, soulignant que les premières galaxies se sont probablement formées peu de temps auparavant. « Donc un nombre comme 200 milliards est probablement pour notre univers observable. »

Contributions de Webb

Bien qu’il soit intéressant de compter le nombre de galaxies dans notre univers, les astronomes s’intéressent davantage à la façon dont les galaxies révèlent comment l’univers s’est formé. Selon la NASA, les galaxies sont une représentation de l’organisation de la matière dans l’univers – du moins à grande échelle. (Les scientifiques s’intéressent également aux types de particules et à la mécanique quantique, du petit côté du spectre.) Parce que Webb peut remonter aux débuts de l’univers, ses informations aideront les scientifiques à mieux comprendre les structures des galaxies qui nous entourent aujourd’hui.

« En étudiant certaines des galaxies les plus anciennes et en les comparant aux galaxies d’aujourd’hui, nous pourrons peut-être comprendre leur croissance et leur évolution. Webb permettra également aux scientifiques de collecter des données sur les types d’étoiles qui existaient dans ces toutes premières galaxies « , a déclaré la NASA à propos de la mission de Webb. « Des observations de suivi utilisant la spectroscopie de centaines ou de milliers de galaxies aideront les chercheurs à comprendre comment des éléments plus lourds que l’hydrogène se sont formés et se sont accumulés au fur et à mesure de la formation des galaxies à travers les âges. Ces études révéleront également des détails sur la fusion des galaxies et éclaireront le processus de formation des galaxies lui-même. »

Selon la NASA, voici quelques-unes des questions clés auxquelles Webb répondra sur les galaxies :

  • Comment se forment les galaxies ?
  • Qu’est-ce qui leur donne leurs formes ?
  • Comment les éléments chimiques sont-ils distribués à travers les galaxies ?
  • Comment les trous noirs centraux des galaxies influencent-ils leurs galaxies hôtes ?
  • Que se passe-t-il lorsque de petites et de grandes galaxies entrent en collision ou se rejoignent ?

Les scientifiques s’intéressent également au rôle que joue la matière noire dans l’assemblage des galaxies. Alors qu’une partie de l’univers est visible sous des formes telles que des galaxies ou des étoiles, la matière noire constitue la majeure partie de l’univers — environ 80% de celui-ci. Alors que la matière noire est invisible dans les longueurs d’onde de la lumière ou par les émissions d’énergie, des études de galaxies datant des années 1950 ont indiqué qu’il y avait beaucoup plus de masse présente en elles que ce qui était visible à l’œil nu.

« Les modèles informatiques que les scientifiques ont conçus pour comprendre la formation des galaxies indiquent que les galaxies sont créées lorsque la matière noire fusionne et s’agrège », a déclaré la NASA.  » On peut le considérer comme l’échafaudage de l’univers. La matière visible que nous voyons s’accumule à l’intérieur de cet échafaudage sous forme d’étoiles et de galaxies. La façon dont la matière noire « s’agrège » est que les petits objets se forment en premier et sont dessinés ensemble pour en former de plus grands. » Les miroirs puissants de Webb permettront aux scientifiques d’examiner de près la formation des galaxies, y compris le rôle de la matière noire. Bien que cette enquête ne réponde pas directement au nombre de galaxies dans l’univers, elle aide les scientifiques à mieux comprendre les processus derrière les galaxies que nous voyons, ce qui à son tour informe mieux les modèles sur les populations galactiques.

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